自动变速器驻车机构设计方法研讨分析

柴召朋，于忠贵，姚书涛，刘晓宁，赵彦辉



自动变速器驻车机构设计方法研讨分析

柴召朋，于忠贵，姚书涛，刘晓宁，赵彦辉

（哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江 哈尔滨 150060）

文章自动变速箱中的驻车机构在车速3.2到6.4Km范围内以下用于汽车实现驻车。典型驻车机构由以下主要部件组成：驻车齿轮、定位轨板、档位钢片、驻车棘爪、驻车棘爪回位弹簧、驱动杆总成、驻车锁止弹簧和限位锁止柱销。在驻车档受到其他车辆撞击或汽车停在30%的坡路上以及一定车速下实现驻车锁止前提下，进行自动变速器驻车机构设计的一种方法。

自动变速器；驻车机构；可靠锁止

1 引言

随着自动变速器的不断普及，交通行车安全法规的进一步加严，使得自动变速器技术不断革新。自动变速器是通过液力执行装置元件来传递动力的，液压元件本身存在分离不迅速不彻底的固有特性；因此会导致装有自动变速器的车辆在空档时，因液压元件分离不彻底动力仍在传递，虽然整车有刹车制动机构，但因动力仍在传递可能导致整车制动机构失效的风险依然存在，进而导致车辆非驾驶者意图的溜车现象，这将会引起行车安全事故，对生命财产安全造成威胁。因此自动变速器内部会布置一套能够中断动力的锁止机构。该驻车机构主要由布置在变速器输出轴或差速器上的驻车齿轮、驻车齿轮、定位轨板、档位钢片、驻车棘爪、驻车棘爪回位弹簧、驱动杆总成、驻车锁止弹簧和限位锁止柱销等零件构成。驻车机构通过驻车轮和驻车棘爪啮合，来锁死变速器的输出轴。从而锁住传动轴而达到锁住车轮的目的。

2 空间布置和设计原则分析

驻车棘爪绕安装在壳体上的固定销轴转动，扭转弹簧保证驻车棘爪在非P档位置不与驻车齿轮啮合。

螺旋压缩弹簧，也称驱动杆弹簧，在齿啮合状态下对其进行设计 (在档位在P档位置时，该状态是处于棘爪与齿共线而不是与齿槽)，驱动杆弹簧设计具有一定的承载能力，在要求的速度范围内，能足够使汽车处在P档位置。

当移出P档位置时锁止弹簧和限位锁止柱销对驱动杆限位，弹簧的弹力正好足够克服柱销在其配合孔中的摩擦力。

档位钢片用来把定位轨板定位在每个齿槽位置，来确保阀体中的手动阀和方向盘上选档器保持同步。

在汽车仍运动时挂入驻车档或者已经处于P档受到其他车辆撞击，驻车机构主要受到瞬间冲击载荷。

当档位摘除P档位置，甚至在汽车停车在30%的上坡或下坡，驻车棘爪的接触面角设计用于使驻车棘爪脱离啮合的趋势。

驻车机构设计时考虑到再调整，当档位挂入P档。在棘爪齿与驻车轮齿接触而不是与齿槽接触的情况下，一旦驻车轮旋转到足够安置一个齿的啮合空间，应该有一个作用在棘爪上的主动力确保他们啮合，在车速低于上面提到的限制速度范围内。

前置后驱上的驻车机构与前置前驱的在本质上是一样的。在多数前驱车上，驻车棘爪被安装在变速箱顶部。这主要是由于在前置前驱车上这种安装方式更易于联结线路的布置。如果驻车棘爪被安装在变速箱顶部，既然这样，在设计该机构时，注意必须把重力作用考虑进去。在后轮驱动中，驻车棘爪通常安装在变速箱底部，在这种布置方式上，棘爪的重力作用可以忽略。

3 驻车机构零件具体设计方法

3.1 档位钢片计算方法

档位钢片用来把定位轨板锁止在每个齿槽位置，来确保阀体中的手动阀和方向盘上选档器保持同步。在设计中档位钢片弹力安全系数比驱动杆弹簧的高50%。

计算：

定位轨板锁止点的锁止扭矩：

Fh×R2=Pact.spring×R1

其中：

Fh=档位钢片的水平分力；

R2=水平弹簧力作用点到定位轨板回转中心的距离；

Pact.spring= 驱动杆弹簧上的作用载荷（力）；

R1=驱动杆弹簧上的作用载荷作用点到定位轨板定位点的距离。

有50%安全系数：

Fh=（Pact.spring×R1/ R21）×1.5

安装压力和安装偏移量可以根据我们所用的弹簧的计算公式计算出来。

总偏移量=安装位置偏移量+弹簧伸长变形

在最大变形量，最大应力应低于弹簧材料最小屈服应力。

弹簧设计：弹簧应该依据可用空间来设计。现存设计采用平直悬臂钢片弹簧或压缩弹簧和小杠杆的组合形式。

图1 驻车锁止棘爪机构和驱动杆总成

3.2 驻车棘爪回位弹簧设计计算方法

驻车棘爪回位弹簧的回复力应能克服因棘爪自重(2g加速度下)抵到驻车轮齿顶引起的扭矩。对进行扭矩计算，驻车棘爪重力和驻车棘爪驱动杆总成作用在棘爪的作用力应该被考虑进来。

计算方法

棘爪重量：

图2 驻车棘爪回位弹簧设计图

棘爪重量，W1=棘爪面积×宽度×棘爪材料密度

驱动杆重量：

驱动杆重量由驱动杆总成每个零件体积与相应密度的乘积而得，驱动杆总重量已知。驱动杆总重量用WR表示。

作用在棘爪上的支撑力RP的计算：

RA为驱动杆与定位轨板连接点处的反作用力。

然后，RP+RA=WR

计算由RA产生的扭矩，驱动杆总成每个零件重量×P点到A点的距离（AP）= RP×A点到P点的距离（rp）因此RP可知。

由于来自整车的瞬时的冲击或振动载荷，由重力产生的加速度以2g计。

因此：

T=2[WP×k+ RP×rp]

其中：k=驻车棘爪重心到旋转中心的旋转半径

T=棘爪回位弹簧所需扭矩

因此扭矩也计算出来。

弹簧设计：首先已知弹簧要达到的扭矩，弹簧参考《联合弹簧设计手册》进行设计，或者任何相应的参考资料，例如《SAE弹簧设计手册》，AE-11，B并按照设计步骤进行设计。

3.3 驱动杆弹簧设计计算方法

驱动杆弹簧安装在驱动杆总成上并按照齿啮合条件下进行设计。作用在驱动杆弹簧上载荷按照棘爪与驻车轮啮合进行计算，在速度不高于限制车速范围。在限制车速范围内，进而对棘爪与驻车轮啮合所要求的加速度进行计算。因此驱动杆弹簧上的载荷已经定了，弹簧按照这个载荷进行设计。

计算：

弹簧上的载荷：

令Vt为啮合时的整车的最大行驶速度，rt为车轮半径。

根据车桥和驻车轮轴之间的主减速比来计算驻车轮角速度，假定d为主减速比：

驻车轮角速度，WP=Wt×d

齿形采用渐开线形式。

T1为分度圆的齿厚；

D1为分度圆直径；

Φ1为压力角；

分度圆半径 r1= D1/2

假定大圆（齿顶圆）直径为D2

齿顶圆= D2/2

因此：

假定t1为驻车轮移动距离I所需的时间：

驻车棘爪齿的长度= S

时间差值，t=t1-t2

驻车棘爪与驻车轮进行啮合，棘爪上的圆角应该卡落在驻车轮倒角下面。在齿啮合的条件下，驻车棘爪在时间t内将产生s2的位移，且s2等于棘爪上的圆角和驻车轮倒角之合，至此完成有效啮合。

其中：r=到驻车棘爪回转中心的距离。

扭矩：T=I=Fr

因此棘爪上的正压力可以计算出来。根据驱动杆的倾斜角，则作用在驱动杆弹簧上的竖直和水平分力也可以计算出来。

令Fh为水平分力。

因此，驱动杆弹簧只受水平分力Fh。

弹簧设计：压缩弹簧的作用载荷已知，按照参考资料给出的设计步骤进行弹簧设计。

当移出P档位置时锁止弹簧和限位锁止柱销对驱动杆限位，用来防止驱动杆自然落下，当在其他定位轨板档位位置尝试驱动驻车棘爪。该机构用于当驻车棘爪与驻车轮啮合时进行锁止，例如用于前轮驱动变速箱上的。

弹簧设计：按照标准弹簧设计公式进行设计。

图3 弹簧设计图

[1] 陈家瑞,汽车构造[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2] 徐向阳,刘艳芳,姬芬竹,王书翰.自动变速器技术[M].北京:人民交通出版社,2011.

[3] 成大先,自动变速器技术[M].北京:化学工业出版社,2004.

Design method of automatic transmission mechanism

Chai Zhaopeng, Yu Zhonggui, Yao Shutao, Liu Xiaoning, Zhao Yanhui

（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

In this paper, the parking mechanism of the automatic transmission should make the car park reliably under the speed within the scope of 3.2 to 6.4 Km. Typical parking mechanism is composed of the following main components: parking gear, detent, detent spring, parking pawl, parking pawl return spring, driving rod assembly, parking locking spring and locking pin. When a car would be locked, under conflicted by other vehicle in parking gear or parked in 30% of the inc -line, and a certain speed implementation, this article instruct a designing method of the parking mechanism for automatic transmission.

AT; Parking mechanisms; Reliable locking

B

1671-7988(2018)22-129-03

U463.212

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1671-7988(2018)22-129-03

U463.212

柴召朋，就职于哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.046